一种识别火山区域高温水热地热田的方法及识别系统

技术领域

本发明属于火山区域信息识别技术领域，尤其涉及一种识别火山区域高温水热地热田的方法及识别系统。

背景技术

目前，地热作为一种清洁能源，在经济发展与能源转型过程中正发挥着越来越重要的作用。大力开发利用地热资源，对于调整能源供应结构、缓解能源供应压力、保障能源供应安全以及促进地区经济发展具有重要的作用。

目前，在全球能源框架中，地热能作为利用系数最高的能源，美国、印尼、菲律宾、土耳其、新西兰等国家已经实现了商业化水热发电，其年利用总热容量高达11675MW。

目前已知环太平洋带和东非裂谷区为火山频繁活动的区域，其中环太平洋带，据历史资料记载全球现代喷发的火山这里占80％，主要发生在北美、堪察加半岛、日本、菲律宾和印度尼西亚，其中的印度尼西亚被称为“火山之国”，包括苏门答腊、爪哇等诸岛构成的岛弧-海沟系，火山近400座，其中129座是活火山，这里仅1966-1970年5年间，就有22座火山喷发，其总发电装机位居世界第3。东非裂谷，大陆最大裂谷带，分为东西两支：东支南起希雷河河口，至红海北端，长约5800公里；西支南起马拉维湖西北端，至阿伯特尼罗河谷，长约1700公里。西裂谷系统近代火山活动集中在乌干达-卢旺达-扎伊尔边界，自1912-1977年就有过13次火山喷发，其中尼拉贡戈火山至今仍在活动；东裂谷系统近代火山活动主要为埃塞俄比亚、坦桑尼亚和肯尼亚境内，其中肯尼亚境内的特雷基火山，在80-90年代间也曾多次喷发，肯尼亚作为非洲地热资源开发利用的龙头，地热发电站占全国总发电装机的一半以上，位居全球第9。

在地热学研究中，国外学者经过长期研究和实践在理论和应用技术研究方面取得了重要进展，在地热资源的形成机制和地热系统类型及特征构成了相对完善的知识体系。通过对基础理论的长期研究和沉淀，各国正在逐步开展对地热资源勘探方法的研究，其中对于区域地热异常，传统的勘查方法主要有地球化学勘探、地球物理勘探以及钻探等，但迄今为止，在地热资源在勘探和评价中尚未形成一个识别适合水热发电的典型高温地热资源体系。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现阶段，高温水热型地热田勘探技术已经比较成熟，可以获得较为详细的地质数据，如地表热显示、断层发育特征、重磁异常和岩层岩性电性等，但事实上各个参数之间的分析相对较为独立，多数时候只能指示某地区是否存在高温地下流体，而不能确定其是否适合水热发电。

(2)地表热显示多数时候仅作为地热勘探初期寻找有利区的一个地表现象，当进一步深入勘探时，仅作为水文地质分析时的取水样地，而不会作为参数参与地热田分析，往往是被忽略的存在。

(3)行业内公认高温地热发育区为负磁力异常，但并非所有磁力负异常区都是适合水热发电的区域，需要结合断层发育特征、重力异常以及大地热流值等情况综合分析。但现阶段，学者们多数仅仅将重磁异常情况与大地热流值结合圈定地下高温流体，未将地热田内导水断层发育情况、断层组合关系等地热田地质特征与重磁异常和大地热流值结合起来。

(4)利用大地电磁技术手段测量地下高温流体的电阻率是目前最为常见，也较为精准的技术手段，可以识别出地下高温流体的分布情况及相应的电阻率，但却很少将成藏条件，如储盖组合、地层岩性等与之联系起来，这样圈定的地热田范围，可能由于储层品质较差或者盖层保温效果不好而没有较大的经济价值。

解决以上问题及缺陷的难度为：

解决以上问题既要考虑地表地热显示情况，又要考虑地下流体所处的地质及地球物理特征。地表热显示种类繁多，但仅有部分可指示地下可能存在高温流体，而这部分中又有许多是通过断层运移而来的，并非其下真的存在高温流体；地热地质特征、储层和盖层岩性、地区地球物理特征均从不同方面限制了地下流体是否适合水热发电。综上可见，需要考虑众多因素，将这些因素整合到一起，才能确定适合水热发电的地热田区域。

解决以上问题及缺陷的意义为：

本发明将从地表热显示、重磁异常、大地热流值、发育断层情况以及盖层和储层特征对高温水热型地热田进行判别，从地热田类型到适合水热发电的地热田范围，提出可行的判别指标，为高效率寻找适合水热发电的高温地热田提供参考与帮助。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种识别火山区域高温水热地热田的方法及识别系统。

本发明应用于火山区，主要为环太平洋火山带的印度尼西亚火山区以及东非火山带的肯尼亚裂谷火山区。

本发明是这样实现的，一种识别火山区域高温水热地热田的方法，包括：

首先，从地表热显示对地热田类型进行初步识别，再通过重磁异常和大地热流值量化判定其所属类型并初步圈定地下勘探区域，而后分析断层发育特征，将储层和盖层岩性的定性分析与大地电磁所测得电阻率的定量分析结合，最终圈定适合水热发电的地热田范围，并给出地热水温度范围。多参数联合判定，定量分析与定性分析相结合，尽可能准确判定地热田是否适合水热发电

进一步，所述识别火山区域高温水热地热田的方法具体包括：

步骤1：初期地质勘探，在寻找地热田可能出现的位置，优先对泥质蚀变区域进行重点观察记录，若在该区域可见多喷发中心，地表岩浆溢流沉积较为发育，可初步判定为裂谷型地热田，若该区域伴随着较多的沸泉/温泉，初步判定为岛弧型地热田；

步骤2：进行磁力和重力特征测量，其中磁力异常较低值(负磁力异常)区域为典型地热田区域，初步圈定大致地热田范围，而后将重力异常和大地热流值结合，进一步判定地热田类型并圈定地下勘探范围，其中的中等重力异常、较低热流值区域为裂谷型地热田，而负重力异常、较高热流值区域为岛弧型地热田；

步骤3：在步骤1、2的所判定的类型和初步圈定的范围基础上，进一步利用断层与破火山口环形构造的关系进一步圈定适合水热发电的区域，火山区破火山口环形构造通常被后形成的正断层(后时期正断层)切割，正断层多为高角度倾斜并开启，提供了较好的水源补给，圈定不受其他断层影响、正断层发育相对密集的区域为适合水热发电的裂谷型地热田区域，圈定受大型走滑断层影响、正断层发育相对分散的区域为适合水热发电的岛弧型地热田区域；

步骤4：在步骤3圈定的范围基础上，根据盖层岩性和电阻率进行判定，裂谷型地热田的盖层通常为蚀变玄武岩，而岛弧型地热田的盖层通常为安山岩或者第四纪冲积层，对于两种类型地热田的盖层来说，小电阻率的区域适合水热发电；

步骤5：优质盖层与高温地热流体储层相匹配才是最适合水热发电的区域，在步骤4的基础上，根据储层岩性和电阻率进行判定，裂谷型地热田区域的储层通常为粗面岩，其中大电阻率的区域适合水热发电，而岛弧型地热田区域的储层通常为凝灰岩或者砂岩，其中相对较大电阻率的区域适合水热发电；

进一步，所述步骤2中，多喷发中心区域为中等重力异常的地热田，大地热流值波动较大且较低，介于67-130mW/m

沸泉/温泉区为负重力异常的地热田区域大地热流值较高，介于100-226mW/m

所述步骤3中，仅受正断层影响且适合水热发电的裂谷型地热田，正断层断距通常介于40-500m；

受到正断层和走滑断层共同影响且适合水热发电的岛弧型地热田，正断层断距通常介于30-250m；

所述步骤4中，适合水热发电的裂谷型地热田盖层和适合水热发电的岛弧型地热田盖层电阻率均小于10Ω·m；

所述步骤5中，根适合水热发电的裂谷型地热田储层电阻率介于15-100Ω·m之间，而适合水热发电的岛弧型地热田储层电阻率介于10-70Ω·m之间；

本发明的另一目的在于提供一种识别火山区域高温水热地热田系统，包括：

水热发电类型判别模块，根据地表热显示初步判定为哪种地热田类型；

水热发电类型重识别模块，根据重磁勘探数据，结合地区大地热流值，进一步确定其地热田类型，并初步圈定其地下勘探范围；

水热发电判别模块，分析断层发育情况，结合利用电法勘探所得盖层和储层电阻数据，结合盖层和储层岩性，确定适合进行水热发电的地热田范围。

本发明的另一目的在于提供一种接收用户输入程序存储介质，所存储的计算机程序使电子设备执行权利要求任意一项所述包括下列步骤：

根据地表热显示重磁勘探数据以及地区大地热流值确定其所属地热田类型；

根据断层发育情况，结合电法勘探所得盖层和储层电阻数据以及盖层和储层岩性，确定适合进行水热发电的地热田范围。

本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

根据地表热显示初步判别地热田类型；

根据重磁异常特征，结合地区大地热流值，进一步确定其地热田类型，并圈定地下勘探范围；

分析断层与破火山口环形构造之间的关系以及影响地热区的断层情况，结合电法勘探所得盖层和储层电阻数据以及盖层和储层岩性，确定适合进行水热发电的地热田范围。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述识别火山区域高温水热地热田的方法的智能终端，所述终端搭载控制器及显示器，所述控制器用于执行权任意一项所述方法，所述显示器用于显示控制器处理结果。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

本发明提供了一种判别火山区域高温水热地热田是否适合水热发电的量化指标，该量化指标在目前地热田勘探识别研究中心较少涉及，具有一定的创新性。从地表热显示、重磁异常特征以及大地热流值情况判定其所属类型及地下勘探范围，而后根据断层发育情况、储盖层岩性电性特征，圈定适合水热发电的区域，该技术只需要活动相应的参数，即可较快的初步识别适合水热发电的区域。

对比的技术效果或者实验效果包括：

下图3所示为印度尼西亚Sorik Marapi地热田，图3a为目前业界根据断层发育情况、储盖层岩性以及重磁异常特征识别出的适合水热发电区域，图3b为本发明识别的适合水热发电区域(黑线内)，两者相比较，本发明综合考虑多个因素，互相制约，虽然缩小了适合水热发电区域的范围，但所识别的区域更具有开发价值。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的识别火山区域高温水热地热田的方法流程图。

图2是本发明实施例提供的识别火山区域高温水热地热田的方法原理图。

图3是本发明实施例提供的印度尼西亚Sorik Marapi地热田识别效果图。

图中：(a)：原有技术识别适合水热发电区域效果图；(b)：本发明识别适合水热发电区域效果图。

图4是本发明实施例提供的印度尼西亚Sorik Marapi地热区根据地表热显示、重磁异常和大地热流值圈定地下勘探范围效果图。

图5是本发明实施例提供的受正断层和走滑断影响，适合水热发电的区域效果图。。

图6是本发明实施例提供的选择安山岩或者第四纪冲积层、电阻率小于10Ω·m的盖层区域与凝灰岩或者砂岩、电阻率10-70Ω·m的储层区重叠区域为最终圈定的、适合水热发电的区域效果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明中，涉及的专业术语有：

火山区域：火山活动的地区，与地壳断裂带、新构造运动强烈带或板块构造边缘软弱带有关，常呈有规律的带状分布。

高温水热地热田：指现代地壳内占有一定空间位置，有利地质构造部位、具有一定的物理特性(温度、压力、相态)和特殊化学组分的、温度超过150℃的地下热水和蒸汽。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种识别火山区域高温水热地热田的方法及识别系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的识别火山区域高温水热地热田的方法，给出了一种判别火山区域高温水热地热田是否适合水热发电的量化指标。火山区域高温水热型地热田可分为岛弧型和裂谷型，包括：

S101，根据地表热显示初步判别所属的地热田其类型。

S102，根据重磁异常特征，结合地区大地热流值进一步确定其所属地热田类型，并圈定其地下勘探范围。

S103，利用电法勘探所得储盖层电阻率数据，结合储层岩性和断层发育情况，敲定适合进行水热发电的地热田范围。

如图2所示，是本发明实施例提供的识别火山区域高温水热地热田的方法原理图。具体包括：

步骤1：泥质蚀变区域，若可见多喷发中心，初步判定为裂谷型地热田，若伴随着沸泉/温泉，初步判定为岛弧型地热田；

步骤2：根据重磁异常以及大地热流值数据分析，进一步判定中等重力异常、热流值介于67-130mW/m

步骤3：在步骤1、2的基础上，利用断层与破火山口环形构造的关系进一步圈定适合水热发电的区域，破火山口环形构造通常被后形成的正断层(后时期正断层)切割，圈定不受其他断层影响、正断层断距介于40-500m的区域为适合水热发电的裂谷型地热田区域，圈定受大型走滑断层影响、正断层断距介于30-200m的区域为适合水热发电的岛弧型地热田区域；

步骤4：根据盖层岩性和电阻率进行判定，裂谷型地热田的盖层通常为蚀变玄武岩，电阻率小于10Ω·m的区域适合水热发电，而岛弧型地热田的盖层通常为安山岩或者第四纪冲积层，电阻率小于10Ω·m的区域适合水热发电；

步骤5：根据储层岩性和电阻率进行判定，裂谷型地热田区域的储层通常为粗面岩，电阻率介于15-100Ω·m的区域适合水热发电，而岛弧型地热田区域的储层通常为凝灰岩或者砂岩，电阻率介于10-70Ω·m的区域适合水热发电；

下面结合具体实验及实施例对比本发明作进一步描述。

图3是本发明实施例提供的印度尼西亚Sorik Marapi地热田识别效果图。

图中：(a)：原有技术识别适合水热发电区域效果图；(b)：本发明识别适合水热发电区域效果图。

以印度尼西亚Sorik Marapi地热田为例，该地热区内地表泥质蚀变较为常见，尤其是在靠近Sorik Marapi火山区附近，可见较多的喷发中心、喷气孔以及少量的温泉，整体处于负磁力异常、负重力异常以及高热流值(178mW/m

Sorik Marapi火山区被正断层和走滑断层共同影响，正断层切割火山口，走滑断层起到疏导作用，沿走滑断层地表热显示也较为活跃、类型丰富，再次缩小圈定的范围，如图5浅灰线所示，该范围受正断层和走滑断影响，可能为适合水热发电的区域。

最终，分析储盖层岩性以及电性特征，选择安山岩或者第四纪冲积层、电阻率小于10Ω·m的盖层区域与凝灰岩或者砂岩、电阻率10-70Ω·m的储层区重叠区域为最终圈定的、适合水热发电的区域，如图6黑线区域所示。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。